MulteFire Alliance致力於開發與推廣非授權頻譜的應用，MulteFire 1.0規範以3GPP第13版以及第14版為基礎，定義在非授權頻譜運作時的相關規範，同時也使用先聽後傳(LBT)的技術與Wi-Fi系統共存，希望擁有4G LTE般的效能，又像Wi-Fi般簡單布建。
2016年6月，3GPP宣布R13 NB-IoT正式標準，各家廠商積極開發相關技術，後續更新的版本功能逐漸增強，產品應用百花齊放，帶來龐大的商機。
而NB-IoT除了使用在授權頻段之外，在2017年1月，由Qualcomm與Nokia等大廠成立的MulteFire Alliance以3GPP R13與R14為基礎，宣布MulteFire 1.0版本，在MulteFire 1.0中，除了對5GHz非授權頻段的LTE定義之外，也對非授權頻段的NB-IoT進行定義，以及如何跟Wi-Fi等技術公平共存等議題。
與MulteFire有關的討論多在於專用網路(Private Networks)的應用與紓解授權頻段過於擁擠的議題上，對於NB-IoT的部分並無太詳細的描述。所以在此先以MulteFire的介紹為主，而其中是以建構專用網路為重點，並引用實際上布建專用網路應用的範例。
除了非授權頻譜之外，也會介紹共享頻譜(Spectrum Sharing)，2015年4月美國FCC所釋出的3.5GHz CBRS頻段，其分層共享的概念，可以減少閒置資源的浪費，目前由CBRS Alliance推動相關應用。
MulteFire聯盟推動頻譜共享
MulteFire Alliance於2015年成立，成員包括Qualcomm與Nokia等大廠，致力於開發與推廣非授權頻譜的應用，已經在2017年1月份時宣布完成了MulteFire 1.0的規格，MulteFire 1.0的規範以3GPP第13版以及第14版為基礎，定義在非授權頻譜運作時的相關規範，同時也使用先聽後傳(Listen Before Talk, LBT)的技術與現有的Wi-Fi等系統共存，提出可以擁有4G LTE般的效能，又像Wi-Fi般簡單布建(LTE-like performance with Wi-Fi-like deployment simplicity)。
MulteFire聯盟理事長兼諾基亞創新引導副總裁Stephan Litjens表示：「MulteFire消除了對授權頻譜的要求，將支持全球創新並推動大量令人興奮的新應用。」在台灣，5GHz免執照頻段既有用途為提供Wi-Fi服務，等待國家通訊傳播委員會(NCC)將相關技術規範修訂完成，制定與Wi-Fi系統和諧共存的規範，即可提供相關技術進行使用。
MulteFire 1.0版規格包括以下主要功能：
・針對僅在非授權頻譜中運行的LTE發布了一系列強化功能，如行動性、分頁、初始接取和高效上行控制通道。
・支援一系列LTE服務，包括LTE語音通話(VoLTE)和高速行動寬頻。
中立主機(Neutral Host)共享資源
在人潮聚集的高密度環境，每家營運商提供的頻譜資源有限的情況下，往往不能滿足每一位使用者的需求，為了提供更好的通訊品質，必須要尋求更多的頻譜資源。中立主機的概念相較於傳統以營運商提供服務，可以讓不同營運商的用戶連線(圖1)。
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| 圖1 中立主機差異 |
專用網路(Private Networks)特色
針對特定的單一用戶提供量身定做的物聯網客製化服務，即像是服務品質(Quality of Service, QoS)與機動性(Mobility)。客製化的QoS，不管網路負載如何，皆可以為關鍵應用提供穩定的服務。客製化的機動性，提供更快的重新連接服務，如圖2所示。
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| 圖2 專用網路 |
企業用戶使用專用的設備布建專屬自己的網路，排除其他使用者的影響，避免發生流量暴增的情況，使生產的產能保持在高水準並且維持在可以預測的範圍之中。另一方面，可以對數據完全的掌控，以防企業的敏感數據流出。
使用共享頻譜與非授權頻譜，專用網路的布建相當簡單，可以供任何人使用。可以讓新的企業用戶加入並擴大生態系統。
專用網路案例：Enel Group
Enel(圖3)是義大利主要的發電以及配送廠，在整個歐洲也是大型發電廠之一。Enel與營運商H3G合作，布建覆蓋整個廠區的Private LTE Network，包括Indoor/Outdoor區域、地下室與煤倉。透過隨時的監控，做風險評估、勞動力的管理、自動化機械的掌控與整座廠區的安全性。提供的服務包括語音服務、低延遲控制系統、移動載具監控、穿戴性裝置訊息的傳收與緊急情況時的通訊。
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| 圖3 Enel Group |
專用網路案例：Rio Tinto
Rio Tinto(圖4)是最早大規模應用專用網路的大型企業之一。覆蓋範圍包括15座礦坑還有其相關的設施，如轉運站、港口等等。專網系統提供對關鍵系統安全性與生產力的監控，包括高精度的GPS、遙控等等。透過這些設計，讓整個工業可以朝著建構自動化採礦平台的方向邁進，如自動採礦、自動掘井等等。
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| 圖4 Rio Tinto |
CBRS聯盟
美國聯邦通訊傳播委員會(FCC)在2015年4月釋出的公眾寬頻無線服務(Citizens Broadband Radio Service, CBRS)頻譜，催生了在非授權頻譜的解決方案。CBRS Alliance是運用LTE技術為基礎，開發在CBRS頻段與共享頻段的組織，期望可以增加室內與戶外的覆蓋率，與MulteFire不同在於CBRS操作在3.5GHz。
而CBRS在運作上把使用者依照優先權分成三層(圖5)，即第一層的既有使用者(Incumbent Access, IA)，使用者為國防部雷達和固定衛星服務，第二層的優先接取執照(Priority Access Licenses, PAL)，PAL與一般商業執照相同，採競標拍賣方式釋出。第三層稱為一般授權接取(General Authorized Access, GAA)，GAA雖然不用透過競標程序取得，但是管制程度介於PAL與免執照之間，需要向FCC申請許可(License by Rules)。
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| 圖5 優先權分層 |
第一層的IA優先權高於其他兩層，以禁制區的方式保護防止干擾，使用3,550~3,700MHz的頻段。當使用區域中不存在IA，其次的PAL則可以使用3,550~3,650MHz的頻段，且不受到第三層GAA的干擾。第三層的GAA優先權則低於PAL，當使用區域中不存在PAL，則GAA可以使用3,550~3,700MHz的頻段。而在台灣3.5GHz頻段主要應用在衛星專用通訊，短期內無法完成清頻。
頻譜公平並存
在頻譜並存(Fair Sharing of Spectrum)方面，使用3GPP所設計的先聽後傳(LBT)技術，LBT技術是指在傳送之前會先利用空閒通道評估(Clear Channel Assessment, CCA)了解通道的狀態，再決定是否要進行傳送資料的動作。CCA分成Carrier Sense(CCA-CS)與Energy Detect(CCA-ED)(圖6)。
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| 圖5 優先權分層 |
Carrier Sense
當偵測到MulteFire訊號的前導碼(Preamble)，表示此時通道被其他MulteFire使用者所占用，回報通道狀況為Busy。
Energy Detect
當偵測到的訊號無法解出MulteFire的Preamble，則判斷可能為LAA抑或是Wi-Fi的使用者，會計算每個Slot的能量是否大於ED臨界值(Threshold)，ED臨界值的設定為接收機靈敏度的最小值加上20dBm，藉此判斷此時通道情況是否為忙碌。
於Wi-Fi中的Backoff(退避)技術，是在傳送失敗時，進行下一次傳輸的等候時間會隨著指數上升，減少嘗試傳輸的次數，進而減少產生碰撞的可能性。而在3GPP所設計的Backoff方式與Wi-Fi的方式不同，是從一個區間Q中隨機選擇一個Backoff的數值。相較之下，比起Wi-Fi的方式更為積極，但也有可能對Wi-Fi傳送訊號的次數造成壓縮(圖7)。
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| 圖7 Backoff運作示意圖 |
MulteFire專用網路應用成熟
MulteFire在2017年1月發布MulteFire 1.0版本，而MulteFire與相關的討論多半在於專用網路的應用以及紓解授權頻譜過於擁擠的狀況。使用非授權頻段布建專用網路，有避免其他使用者的影響、最佳化服務品質等等優點。對於紓解授權頻譜過於擁擠的情況，則是可以扮演中立主機的角色，讓授權頻譜上的流量移至非授權頻譜上。
未來通訊業界朝著5G發展，MulteFire聯盟也說明MulteFire會應用5G的技術，像是超低延遲(Ultra-low Latency)與超可靠(Ultra-reliable)等關鍵技術。
(本文作者任職於資策會智慧系統研究所)